一种拍频干涉信号的补偿方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及光频域反射技术领域，尤其涉及一种拍频干涉信号的补偿方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.光频域反射(optical frequency domain reflectometry，ofdr)是一种新型分布式光纤传感技术，主要具有高空间分辨率、大动态范围、体积小及抗电磁干扰等优点，在物联网、结构健康检测及生物医学等领域有着广泛的应用。
3.然而，在ofdr系统中，由于实际使用的光源存在不可避免的非线性调谐效应，导致整个系统的空间分辨率受到影响，且该影响随着测试距离的增大，效果也会增强，导致ofdr系统的空间分辨率降低。
4.现有技术中，通常采用一维插值算法，通过在实际测量中得到的离散点及其对应的函数值，构建一个新的连续函数，使得构建的这条函数曲线能通过全部给定的离散数据点，根据新构建的函数估算出未知点处对应的函数值，补偿光源非线性调谐效应。
5.但是，采用一维插值算法补偿光源非线性调谐效应时，在重采样过程中对等光频数据点的估算会存在误差，并且通过辅助干涉仪中得到的光频信息是对应其延迟光纤长度的非线性项，在主干涉仪中除了其长度是辅助干涉仪的延迟光纤长度的那个点补偿效果最好之外，其余点的补偿都存在一定的误差。因此，如何有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高ofdr系统的空间分辨率，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种拍频干涉信号的补偿方法、装置、设备及介质，可以有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高ofdr系统的空间分辨率。
7.根据本发明的一方面，提供了一种拍频干涉信号的补偿方法，包括：
8.获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号；
9.依据多项式回归算法分别对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；
10.依据最小二乘法及所述第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据所述目标系数确定目标非线性相位项系数；
11.依据所述目标非线性相位项系数改进所述第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理所述目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
12.根据本发明的另一方面，提供了一种拍频干涉信号的补偿装置，包括：
13.信号获取模块，用于获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号；
14.函数拟合模块，用于依据多项式回归算法分别对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；
15.相位项系数确定模块，用于依据最小二乘法及所述第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据所述目标系数确定目标非线性相位项系数；
16.补偿拍频信号生成模块，用于依据所述目标非线性相位项系数改进所述第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理所述目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
18.至少一个处理器；以及
19.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
20.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的拍频干涉信号的补偿方法。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的拍频干涉信号的补偿方法。
22.本发明实施例的技术方案，通过依据多项式回归算法分别对ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；进而，依据最小二乘法及第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据目标系数确定目标非线性相位项系数；最终，依据目标非线性相位项系数改进第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号，能够有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高了ofdr系统的空间分辨率。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是根据本发明实施例一提供的一种拍频干涉信号的补偿方法的流程图；
26.图2是根据本发明实施例一提供的一种ofdr的工作原理图；
27.图3是根据本发明实施例二提供的一种拍频干涉信号的补偿方法的流程图；
28.图4是根据本发明实施例二提供的一种ofdr系统的结构示意图；
29.图5是根据本发明实施例二提供的一种可选的拍频干涉信号的补偿方法的流程图；
30.图6是根据本发明实施例三提供的一种拍频干涉信号的补偿装置的结构示意图；
31.图7是实现本发明实施例的拍频干涉信号的补偿方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.分布式光纤传感技术主要基于光纤中光的干涉及瑞利散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,将光信号的传输和光信号对外界物理量的传感集于一身，通过光纤对外界的物理量进行测量。当光在光纤传输过程中受到加载在路径上的振动、应变或温度变化等载荷的调制时,其在路径沿线不同空间分布和随时间变化的光信号也会产生相应变化。其最大特点是能够对整个光纤链路上任意位置处的物理量进行监控与测量，实现真正意义上的“分布式”连续测量。
35.ofdr作为一种先进的分布式光纤传感技术，与其他传感技术相比，最大的特点是其空间分辨率只与可调谐激光器的波长扫频范围有关，与探测器的带宽无关，因此有着高空间分辨率且大动态范围的优势。但由于实际使用的光源存在不可避免的非线性调谐效应，导致整个系统的空间分辨率受到影响，且该影响随着测试距离的增大，效果越强，导致系统空间分辨率降低。
36.目前，常用的补偿光源非线性调谐效应的算法主要是使用一维插值算法进行补偿，具体操作为：(1)从辅助干涉仪的拍频信号中提取光源的瞬时光频。(2)将得到的瞬时光频作为自变量，主干涉仪中的拍频干涉信号作为因变量，选择合适的插值函数进行插值。(3)使用等间隔的光频对(2)中得到的函数曲线进行重新采样，从而得到等光频间隔的光信号。(4)对(3)中得到的光信号进行快速傅里叶变换，得到距离域上的信息。
37.但是，在一维插值算法补偿光源非线性调谐效应中，其误差来源主要有两个部分。首先，是在重采样过程中对等光频数据点的估算误差，当测试距离增大时，估算误差会发生累加，导致此补偿算法在长测试距离下对光源非线性效应的补偿效果变差。其次，拍频信号中的非线性项是与距离有关的，通过辅助干涉仪中得到的光频信息是对应其延迟光纤长度的非线性项，在主干涉仪中除了其长度是辅助干涉仪的延迟光纤长度的那个点补偿效果最好之外，其余点的补偿都存在一定的误差。因此，为有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高ofdr系统的空间分辨率，本发明实施例提供了一种拍频干涉信号的补偿方法。
38.实施例一
39.图1为本发明实施例一提供了一种拍频干涉信号的补偿方法的流程图，本实施例可适用于补偿ofdr系统中光源的非线性调谐效应造成的影响的情况，该方法可以由拍频干涉信号的补偿装置来执行，该拍频干涉信号的补偿装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该拍频干涉信号的补偿装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法包括：
40.s110、获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号。
41.其中，ofdr的工作原理如图2所示。具体的，可调谐激光器发出的扫频光进入耦合器后分成两束，一束光进入参考臂，另一束光进入测试光纤。进入参考臂的光信号经过反射镜反射后作为参考光，沿着原来的光路返回到耦合器；进入测试光纤的光信号在传输时，其后向瑞利散射光信号会返回到耦合器中与参考光发生干涉。干涉后的光信号被光电探测器接收并转化为电信号，然后对采集到的干涉信号进行处理，可以得到测试光纤中的信息。在本发明实施例中，主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号可以指主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号相对应的表达公式。
42.其中，干涉仪可以指根据光的干涉原理，将来自同一光源的两个光束完全合并显出干涉条纹的仪器。具体可以包含如图1中所示的耦合器、参考臂及测试光纤。主干涉仪可以指需要对光源的非线性调谐效应造成的影响进行补偿的光信号所对应的干涉仪。辅助干涉仪可以指辅助进行补偿处理的干涉仪。主干涉仪拍频信号可以指主干涉仪对应生成的拍频信号。辅助干涉仪拍频信号可以指辅助干涉仪对应生成的拍频信号。
43.值得注意的是，为保证方案的准确性，辅助干涉仪中的光纤长度需为确定项，并且，主干涉仪与辅助干涉仪的其余参数条件均应一致。
44.s120、依据多项式回归算法分别对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号。
45.其中，多项式函数拟合可以指将主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号所对应的表达式中的非线性相位项进行拟合处理。第一拍频信号可以指主干涉仪拍频信号经多项式函数拟合后对应的拍频信号。第二拍频信号可以指辅助干涉仪拍频信号经多项式函数拟合后对应的拍频信号。
46.值得注意的是，第一拍频信号及第二拍频信号也可以指主干涉仪拍频信号对应的表达式及辅助干涉仪拍频信号对应的表达式进行多项式函数拟合后，得到的相应表达式。
47.s130、依据最小二乘法及所述第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据所述目标系数确定目标非线性相位项系数。
48.其中，目标系数可以指第二拍频信号中除时间项外的系数。目标非线性相位项系数可以指非线性相位项中除时间项外的变量系数。
49.s140、依据所述目标非线性相位项系数改进所述第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理所述目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
50.其中，目标拍频信号可以指利用目标非线性相位项系数对第一拍频信号对应表达式进行改进后的信号。补偿拍频信号可以指依据匹配傅里叶变换对目标拍频信号进行处理得到的，能够有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响的信号。
51.本发明实施例的技术方案，通过依据多项式回归算法分别对ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；进而，依据最小二乘法及第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据目标系数确定目标非线性相位项系数；最终，依据目标非线性相位项系数改进第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号，能够有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高了ofdr系统的空间分辨率。
52.实施例二
53.图2为本发明实施例二提供的一种拍频干涉信号的补偿方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行细化，在本实施例中具体是对获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号的操作进行细化，具体可以包括：获取第一实际参考光信号的光场以及第一实际后向瑞利散射光信号的光场；依据所述第一实际参考光信号的光场及第一实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述主干涉仪拍频信号。以及，对获取ofdr系统中的辅助干涉仪拍频信号的操作进行细化，具体可以包括：获取第二实际参考光信号的光场以及第二实际后向瑞利散射光信号的光场；依据所述第二实际参考光信号的光场及第二实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述辅助干涉仪拍频信号。如图2所示，该方法包括：
54.s210、获取第一实际参考光信号的光场以及第一实际后向瑞利散射光信号的光场。
55.其中，第一实际参考光信号可以指主干涉仪中参考臂的光信号。第一实际后向瑞利散射光信号可以指主干涉仪的后向瑞利散射光信号。
56.具体的，第一实际参考光信号的光场的表达式可以根据标准参考光信号的光场的表达式以及可调谐激光器的实际相位生成。第一实际后向瑞利散射光信号的光场的表达式也可以根据标准后向瑞利散射光信号的光场的表达式以及可调谐激光器的实际相位生成。
57.示例性的，假设测试光纤中长度为z处有一个反射点，返回到耦合器的后向瑞利散射光信号相对于参考光信号而言，光程差为2z。测试光纤中z点返回的光信号与参考光存在时间延迟τz，可表示为：其中，c可以指光在真空中的传播速度，n可以指测试光纤的有效折射率。假设可调谐激光器的扫频速率为γ，参考光信号和测试光纤中后向瑞利散射光信号在耦合器中发生拍频干涉后，其拍频大小f
beat
可表示为：假设所使用的可调谐激光器是理想线性扫频的，则在一个扫频周期范围内，激光器输出的瞬时光频率为：ν(t)＝ν0 γt，其中，ν0可以指激光器的初始光频。则激光器发出的光信号的角频率可表示为：w(t)＝2πν(t)＝2π(ν0 γt)，相应的，光信号的相位和角频率则可以存在如下关系：
58.其中，可以指光源的初始相位。因此，可调谐激光器发出的光信号的光场可表示为：其中，e0可以指光场的振幅。则标准参考光信号的光场可以表示为：对于测试光纤中长度为z处的一个反射点，该点返回的信号光与参考光存在时间延迟τz，设反射系数为r(τz)，光纤的衰减系数为α，则考虑衰减影响后，测试光纤位置z处的反射系数为：r(τz)＝r(τz)exp(-ατzc/n)。因此，测试光纤中的标准后向瑞利散射光信号的光场可以表示为：
但是，由于实际使用的可调谐激光器并不是理想的线性扫频，即光源存在非线性调谐效应，相位是随时间随机波动的，设其为φ(t)，则可调谐激光器的实际相位可以为由此，第一实际参考光信号的光场可以为：e
r1
(t)＝e0exp{j[2πν0t πγt2 φ(t)]}，第一实际后向瑞利散射光信号的光场可以为：
[0059][0060]
其中，τ
z1
表示主干涉仪对应的测试光纤中z点返回的后向瑞利散射光信号与参考光信号存在的时间延迟。
[0061]
s220、依据所述第一实际参考光信号的光场及第一实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述主干涉仪拍频信号。
[0062]
在一个可选的实施方式中，所述依据所述第一实际参考光信号的光场及第一实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述主干涉仪拍频信号，包括：依据公式：i1(t)＝|e
s1
(t) e
r1
(t)\2计算所述主干涉仪拍频信号；其中，e
s1
(t)表示第一实际后向瑞利散射光信号的光场，e
r1
(t)表示第一实际参考光信号的光场，t表示ofdr系统中可调谐激光器的当前扫频时间点。
[0063]
具体的，主干涉仪拍频信号可以根据如下公式获得：
[0064]
i1(t)＝|e
s1
(t) e
r1
(t)|2＝[e
s1
(t) e
r1
(t)][e
s1
(t) e
r1
(t)]
*
，结果为：，结果为：由于通常只关注交流项，忽略直流分量，则最终
[0065]
s230、获取第二实际参考光信号的光场以及第二实际后向瑞利散射光信号的光场。
[0066]
其中，第二实际参考光信号可以指辅助干涉仪中参考臂的光信号。第二实际后向瑞利散射光信号可以指辅助干涉仪的后向瑞利散射光信号。
[0067]
具体的，第二实际参考光信号的光场e
r2
(t)的表达式可以根据标准参考光信号的光场的表达式以及可调谐激光器的实际相位生成。第二实际后向瑞利散射光信号的光场e
s2
(t)的表达式也可以根据标准后向瑞利散射光信号的光场的表达式以及可调谐激光器的实际相位生成。值得注意的是，具体计算过程同上述第一实际参考光信号的光场e
r1
(t)以及第一实际后向瑞利散射光信号的光场e
s1
(t)的计算过程相同，仅测试光纤中反射点的长度z有所不同，因此，本发明实施例对此不进行再次赘述。
[0068]
s240、依据所述第二实际参考光信号的光场及第二实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述辅助干涉仪拍频信号。
[0069]
在一个可选的实施方式中，所述依据所述第二实际参考光信号的光场及第二实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述辅助干涉仪拍频信号，包括：依据公式：i2(t)＝|e
s2
(t) e
r2
(t)|2计算所述辅助干涉仪拍频信号；其中，e
s2
(t)表示第二实际后向瑞利散射光信号的光场，e
r2
(t)表示第二实际参考光信号的光场，t表示ofdr系统中可调谐激光器的扫频时间。
[0070]
具体的，主干涉仪拍频信号可以根据如下公式获得：
[0071]
i2(t)＝|e
s2
(t) e
r2
(t)|2＝[e
s2
(t) e
r2
(t)][e
s2
(t) e
r2
(t)]
*
，结果为：，结果为：由于通常只关注交流项，忽略直流分量，则最终
[0072]
s250、对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号的非线性相位项分别进行泰勒展开，得到第一待选拍频信号和第二待选拍频信号。
[0073]
其中，第一待选拍频信号可以指对主干涉仪拍频信号的非线性相位项进行泰勒展开后得到的信号。第二待选拍频信号可以指对辅助干涉仪拍频信号的非线性相位项进行泰勒展开后得到的信号。
[0074]
具体的，以对主干涉仪拍频信号进行泰勒展开为例，当测试距离较短，即τ
z2
较小时，上式中的第二项可以忽略，对非线性相位项φ(t)-φ(t-τ
z1
)进行一阶泰勒展开：φ(t)-φ(t-τ
z1
)≈φ'(t)τ
z1
，此时，第一待选拍频信号同理，即可得到第二待选拍频信号i
””2(t)。
[0075]
s260、根据斯通-魏尔斯特拉斯定理分别将所述第一待选拍频信号和第二待选拍频信号中的非线性相位项进行替换，得到第一拍频信号和第二拍频信号。
[0076]
其中，第一拍频信号可以指依据斯通-魏尔斯特拉斯定理将第一待选拍频信号中的非线性相位项进行替换后的信号。第二拍频信号可以指依据斯通-魏尔斯特拉斯定理将第二待选拍频信号中的非线性相位项进行替换后的信号。
[0077]
具体的，以依据斯通-魏尔斯特拉斯定理将第一待选拍频信号中的非线性相位项进行替换为例，依据斯通-魏尔斯特拉斯定理可知非线性相位项φ(t)可以被一个k阶的多项式表示为：对上述φ(t)求导后，可以得到第一拍频信号：
[0078]
其中，β0＝ν0，β1＝γ。第二拍频信号i”'2(t)的计算过程与上述第一拍频信号i”'1(t)的计算过程相同，本发明实施例对此不再进行赘述。
[0079]
值得注意的是，从上述第一拍频信号i”'1(t)中可以获知，只要确定βk的值，就能获
得非线性相位项。而βk是由系统本身所决定的，和距离无关，因此，可以通过辅助干涉仪中的第二拍频信号，从而对βk进行计算。
[0080]
s270、获取所述第二拍频信号对应的第二拍频信号相位，并根据公式：a
k2
＝(a
t
a)-1at
φ
n2
获得第二拍频信号的目标系数。
[0081]
其中，表示第n个反射点对应的第二拍频信号相位的第k阶时间点，k表示多项式的阶数，n表示测试光纤上的反射点个数；φ
n2
表示第二拍频信号相位。
[0082]
其中，目标系数可以指第二拍频信号中除时间项外的系数。
[0083]
具体的，第二拍频信号也可以转换为其中，ak＝2πτ
z2
βk，并且，系数ak可以通过最小二乘法(leastsquares,ls)进行计算得到：a
k2
＝(a
t
a)-1at
φ
n2
，值得注意的是，其中，a
k2
＝[a
02
，a
12
，...，a
k2
]
t
，φ
n2
＝[φ(t1),φ(t2),...,φ(tn)]
t
。
[0084]
s280、依据公式：βk＝a
k2
/2πτ
z2
及所述目标系数，确定目标非线性相位项系数。
[0085]
其中，τ
z2
表示辅助干涉仪对应的测试光纤中z点返回的后向瑞利散射光信号与参考光信号存在的时间延迟。
[0086]
具体的，由于ak＝2πτ
z2
βk，因此，在已知目标系数ak大小的情况下，可以根据公式：βk＝a
k2
/2πτ
z2
，确定目标非线性相位项系数βk。
[0087]
s290、利用所述目标非线性相位项系数替换第一拍频信号中的非线性相位项系数，并剔除第一拍频信号中的振幅系数，得到候选拍频信号。
[0088]
其中，候选拍频信号可以指非线性相位项系数进行替换，并剔除振幅系数的第一拍频信号。
[0089]
具体的，由于βk是由系统本身所决定的，和距离无关，即第一拍频信号中的非线性相位项系数与第二拍频信号中的目标非线性相位项系数可以为一致的。因此，可以利用第二拍频信号中的目标非线性相位项系数替换第一拍频信号中的非线性相位项系数，并且，在剔除第一拍频信号中的振幅系数后，即可以得到相应的候选拍频信号：
[0090]
s2100、利用希尔伯特变换将所述候选拍频信号转换为复指数形式，得到目标拍频信号。
[0091]
具体的，利用公式：获得候选拍频信号的复指数形式。进一步的，令对其中第二部分的参数项进行简化替换，得到目标拍频信号：
[0092]
s2110、根据公式：将所述目标拍频信号转换为主干涉仪对应的补偿拍频信号。
[0093]
其中，i1'(t)表示目标拍频信号，η(t)表示目标拍频信号中的复合集合项；t表示ofdr系统中可调谐激光器的总体扫频时间。
[0094]
具体的，依据公式：处理目标拍频信号，得到由此，主干涉仪拍频信号通过多项式回归算法计算系数后，再经过匹配傅里叶变换得到的频谱是sinc函数，信号能量集中在τiβ1处，消除了主干涉仪拍频干涉信号中的非线性相位项。
[0095]
本发明实施例的技术方案，通过第一实际参考光信号的光场及第一实际后向瑞利散射光信号的光场，得到主干涉仪拍频信号，通过第二实际参考光信号的光场及第二实际后向瑞利散射光信号的光场，得到辅助干涉仪拍频信号；进而，对主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号的非线性相位项分别进行泰勒展开，得到第一待选拍频信号和第二待选拍频信号；并根据斯通-魏尔斯特拉斯定理分别将第一待选拍频信号和第二待选拍频信号中的非线性相位项进行替换，得到第一拍频信号和第二拍频信号；进一步的，获取第二拍频信号对应的第二拍频信号相位，并获得第二拍频信号的目标系数，进而，确定目标非线性相位项系数，并利用目标非线性相位项系数替换第一拍频信号中的非线性相位项系数，剔除第一拍频信号中的振幅系数，得到候选拍频信号；利用希尔伯特变换将候选拍频信号转换为复指数形式，得到目标拍频信号；最终，通过匹配傅里叶变换将目标拍频信号转换为主干涉仪对应的补偿拍频信号，能够有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高了ofdr系统的空间分辨率。
[0096]
图4为本发明实施例提供的一种ofdr系统的结构示意图。具体的，可调谐激光器发出的光源经耦合器1传输至辅助干涉仪的耦合器2及主干涉仪的耦合器3中。辅助干涉仪的耦合器2将光源分别传输至延迟光纤及参考臂中，进而，通过耦合器4将经延迟光纤及参考臂散射后的光信号合并传输至平衡光电探测器1中。主干涉仪的耦合器3将光源分别传输至测试光纤及偏振控制器中，并通过耦合器5接收传输的光信号进行合并，再经偏振分束器1和偏振分束器2，分别传输至平衡光电探测器2和平衡光电探测器3中。最终，将平衡光电探测器1、平衡光电探测器2和平衡光电探测器3中的信号经数据采集卡传输至计算机系统中
显示。值得注意的是，为保证数据采集卡采样的时钟同步，需要将可调谐激光器与数据采集卡进行连接。
[0097]
图5为本发明实施例提供的一种可选的拍频干涉信号的补偿方法的流程图。具体的，在获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号之后，依据多项式回归算法分别对主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号，进一步的，依据最小二乘法及第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据目标系数确定目标非线性相位项系数，进而，依据目标非线性相位项系数改进第一拍频信号，生成目标拍频信号；最后，依据匹配傅里叶变换处理目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
[0098]
实施例三
[0099]
图6为本发明实施例三提供的一种拍频干涉信号的补偿装置的结构示意图。如图6所示，该装置包括：信号获取模块310、函数拟合模块320、相位项系数确定模块330及补偿拍频信号生成模块340；
[0100]
其中，信号获取模块310，用于获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号；
[0101]
函数拟合模块320，用于依据多项式回归算法分别对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；
[0102]
相位项系数确定模块330，用于依据最小二乘法及所述第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据所述目标系数确定目标非线性相位项系数；
[0103]
补偿拍频信号生成模块340，用于依据所述目标非线性相位项系数改进所述第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理所述目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
[0104]
本发明实施例的技术方案，通过依据多项式回归算法分别对ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；进而，依据最小二乘法及第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据目标系数确定目标非线性相位项系数；最终，依据目标非线性相位项系数改进第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号，能够有效地补偿光源的非线性调谐效应造成的影响，提高了ofdr系统的空间分辨率。
[0105]
可选的，信号获取模块310，具体可以包括：主干涉仪拍频信号获取单元，用于获取第一实际参考光信号的光场以及第一实际后向瑞利散射光信号的光场；依据所述第一实际参考光信号的光场及第一实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述主干涉仪拍频信号；
[0106]
以及，信号获取模块310，具体可以包括：辅助干涉仪拍频信号获取单元，用于获取第二实际参考光信号的光场以及第二实际后向瑞利散射光信号的光场；依据所述第二实际参考光信号的光场及第二实际后向瑞利散射光信号的光场，得到所述辅助干涉仪拍频信号。
[0107]
可选的，主干涉仪拍频信号获取单元，具体可以用于：
[0108]
依据公式：i1(t)＝|e
s1
(t) e
r1
(t)|2计算所述主干涉仪拍频信号；其中，e
s1
(t)表示第一实际后向瑞利散射光信号的光场，e
r1
(t)表示第一实际参考光信号的光场，t表示ofdr系统中可调谐激光器的当前扫频时间点；
[0109]
辅助干涉仪拍频信号获取单元，具体可以用于：
[0110]
依据公式：i2(t)＝|e
s2
(t) e
r2
(t)|2计算所述辅助干涉仪拍频信号；其中，e
s2
(t)表示第二实际后向瑞利散射光信号的光场，e
r2
(t)表示第二实际参考光信号的光场，t表示ofdr系统中可调谐激光器的扫频时间。
[0111]
可选的，函数拟合模块320，具体可以用于：
[0112]
对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号的非线性相位项分别进行泰勒展开，得到第一待选拍频信号和第二待选拍频信号；
[0113]
根据斯通-魏尔斯特拉斯定理分别将所述第一待选拍频信号和第二待选拍频信号中的非线性相位项进行替换，得到第一拍频信号和第二拍频信号。
[0114]
可选的，相位项系数确定模块330，具体可以用于：
[0115]
获取所述第二拍频信号对应的第二拍频信号相位，并根据公式：a
k2
＝(a
t
a)-1at
φ
n2
获得第二拍频信号的目标系数；其中，表示第n个反射点对应的第二拍频信号相位的第k阶时间点，k表示多项式的阶数，n表示测试光纤上的反射点个数；φ
n2
表示第二拍频信号相位；
[0116]
依据公式：βk＝a
k2
/2πτ
z2
及所述目标系数，确定目标非线性相位项系数，其中，τ
z2
表示辅助干涉仪对应的测试光纤中z点返回的后向瑞利散射光信号与参考光信号存在的时间延迟。
[0117]
可选的，补偿拍频信号生成模块340，具体可以用于：
[0118]
利用所述目标非线性相位项系数替换第一拍频信号中的非线性相位项系数，并剔除第一拍频信号中的振幅系数，得到候选拍频信号；
[0119]
利用希尔伯特变换将所述候选拍频信号转换为复指数形式，得到目标拍频信号。
[0120]
可选的，补偿拍频信号生成模块340，具体可以用于：
[0121]
根据公式：将所述目标拍频信号转换为主干涉仪对应的补偿拍频信号；其中，i'1(t)表示目标拍频信号，η(t)表示目标拍频信号中的复合集合项；t表示ofdr系统中可调谐激光器的总体扫频时间。
[0122]
本发明实施例所提供的拍频干涉信号的补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的拍频干涉信号的补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0123]
实施例四
[0124]
图7示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备410的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形
式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0125]
如图7所示，电子设备410包括至少一个处理器420，以及与至少一个处理器420通信连接的存储器，如只读存储器(rom)430、随机访问存储器(ram)440等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器420可以根据存储在只读存储器(rom)430中的计算机程序或者从存储单元490加载到随机访问存储器(ram)440中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram440中，还可存储电子设备410操作所需的各种程序和数据。处理器420、rom430以及ram440通过总线450彼此相连。输入/输出(i/o)接口460也连接至总线450。
[0126]
电子设备410中的多个部件连接至i/o接口460，包括：输入单元470，例如键盘、鼠标等；输出单元480，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元490，例如磁盘、光盘等；以及通信单元4100，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元4100允许电子设备410通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0127]
处理器420可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器420的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器420执行上文所描述的各个方法和处理，例如拍频干涉信号的补偿方法。
[0128]
该方法包括：
[0129]
获取光频域反射ofdr系统中的主干涉仪拍频信号及辅助干涉仪拍频信号；
[0130]
依据多项式回归算法分别对所述主干涉仪拍频信号及所述辅助干涉仪拍频信号进行多项式函数拟合，得到第一拍频信号及第二拍频信号；
[0131]
依据最小二乘法及所述第二拍频信号获得第二拍频信号的目标系数，并根据所述目标系数确定目标非线性相位项系数；
[0132]
依据所述目标非线性相位项系数改进所述第一拍频信号，生成目标拍频信号，并依据匹配傅里叶变换处理所述目标拍频信号，生成主干涉仪对应的补偿拍频信号。
[0133]
在一些实施例中，拍频干涉信号的补偿方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元490。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom430和/或通信单元4100而被载入和/或安装到电子设备410上。当计算机程序加载到ram440并由处理器420执行时，可以执行上文描述的拍频干涉信号的补偿方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器420可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行拍频干涉信号的补偿方法。
[0134]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出
装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0135]
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0136]
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0137]
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0138]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
[0139]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
[0140]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0141]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。